Schließen

Tiefer und tiefer

24.07.2014 | Text: Lucie Maluck | Bilder: Martina Ries

Emissionen, Dieselpartikelfilter, SCR, Partikelzählung, Abgasnachbehandlung

Kennen Sie das Gefühl, wenn man sich beim Limbo immer weiter verrenken muss, um die Latte nicht zu reißen? Zunächst ist sie noch recht weit oben und es ist nur wenig Bewegung notwendig, um unter ihr durchzukommen. Doch dann wird die Latte immer niedriger gelegt. Irgendwann liegt sie so weit unten, dass man es nur mit äußerst geschickten Verrenkungen schafft, unter ihr durchzukommen, ohne sie zu reißen. Einen solchen Limbo tanzen MTU-Ingenieure, seit die Umweltbehörden im Jahr 2000 angefangen haben, die Grenzwerte für den Ausstoß von Schadstoffemissionen bei Off-Highway-Dieselmotoren zu reglementieren. Um die Emissions-Latte nicht zu reißen, brauchen Sie aber weniger ein besonders gutes Körpergefühl als vielmehr ausgefeilte Technologien.

Ungefähr 0,25 Gramm Rußpartikel pro Kilowattstunde stieß ein neuer Bahnmotor im Jahr 2000 aus. Heute ist es ein Zehntel des damaligen Wertes, 0,025 Gramm pro Kilowattstunde. Parallel dazu sank der Ausstoß von Stickoxiden um etwa zwei Drittel. Doch die Emissions-Latte soll weiter sinken. Die Umweltbehörden in Europa und Amerika diskutieren gerade darüber, wie die Emissionsgrenzwerte in Zukunft aussehen sollen. Dass es weitere Stufen geben wird, steht fest. Wie genau sie aussehen und wann sie eingeführt werden, allerdings noch nicht. „Das Europäische Parlament wird wohl im Herbst über die neuen Emissionsgrenzwerte entscheiden, die ab dem Jahr 2019 gelten sollen. In den USA liegt noch kein Entwurf zur Entscheidung vor“, erläutert Ulrich Beutke, der bei Rolls-Royce Power Systems die Entwicklung der Emissionsgesetzgebung verfolgt. Doch eins lässt sich ohne groß in die Emissionsglaskugel zu schauen schon heute sagen: Der Emissions-Limbo geht weiter. Die Latte wird noch einmal tiefer gelegt werden und MTU-Entwickler werden wieder neue Antworten finden müssen, um sie nicht zu reißen. Ihr Ziel wird auch bei den nächsten Emissionsstufen wieder sein: Motoren zu entwickeln, die die Emissionsgrenzwerte einhalten und gleichzeitig robust sind und möglichst wenig Kraftstoff verbrauchen. Ein Balanceakt, den Sie schon lange kennen.

?
Im Jahr 2000 gab es die ersten Grenzwerte für den Ausstoß von
Rußpartikeln und Stickoxiden. Damals war die Limbo-Latte
für die MTU-Entwickler allerdings leicht zu durchschreiten. T
echnologien, die dafür notwendig waren, entwickeln
MTU-Ingenieure schon lange im eigenen Haus.

Seit 2000 Grenzwerte für Rußpartikel und Stickoxide

Im Jahr 2000 traten in Amerika die ersten Grenzwerte für den Ausstoß von Rußpartikeln und Stickoxiden in Kraft. MTU war gut darauf vorbereitet, denn die entscheidenden Schlüsseltechnologien wie Einspritzung, Aufladung oder die Motorelektronik entwickelten MTU-Ingenieure in der über 100-jährigen Tradition von MTU schon lange im eigenen Haus. Die Entwickler erhöhten den Einspritzdruck, wodurch der Kraftstoff feiner zerstäubte, sich besser mit der Luft vermischte und dadurch vollständiger verbrannte. So entstanden weniger Rußpartikel. Sie erhöhten zudem den Ladedruck, wodurch der Motor besser mit Frischluft versorgt war und noch einmal weniger Rußpartikel ausstieß. Die Stickoxid-Emissionen reduzierten sie erfolgreich, indem sie die Verbrennung optimierten.

?
Zwischen den Jahren 2006 und 2009 wurden die Grenzwerte verschärft.
In dieser Zeit führt MTU die ersten Motoren ein, die mit dem
Miller-Verfahren den Ausstoß von Stickoxiden verhindern.

Rußpartikel und Stickoxiden geht's an den Kragen

Doch dann sanken die Grenzwerte weiter. Die Emissionslatte lag immer tiefer und es brauchte immer mehr Technologien, um diese Latte nicht zu reißen: Mit einem höheren Einspritzdruck und einer weiter verbesserten Verbrennung ging es den Rußpartikeln an den Kragen. Das Miller-Verfahren und ein System zur gekühlten Abgasrückführung wurde eingeführt, um zu verhindern, dass Stickoxide entstehen, wenn der Kraftstoff verbrennt. Die Motorelektronik sorgte dafür, dass die Systeme perfekt zusammen harmonierten. „Ein Balanceakt“, erinnert sich Dr. Marc Hehle. Denn wenn man beispielsweise den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung verschiebt und damit dafür sorgt, dass der Motor weniger Stickoxide ausstößt, steigt der Kraftstoffverbrauch. Um diesem Effekt entgegenzuwirken können auch andere Technologien wie Abgasnachbehandlung eingesetzt werden. Dabei sind die Effekte der Emissions- und ggf. gleichzeitiger Verbrauchsreduzierung noch größer, wenn die Abgase des Motors mit einem SCR-Katalysator oder einem Dieselpartikelfilter gereinigt werden. Serienmäßig setzt MTU bisher allerdings nur bei Lokomotivmotoren einen Dieselpartikelfilter ein. Bahn-Unterflurantriebe und Industriemotoren mit weniger als 560 Kilowatt Leistung sind serienmäßig mit einer SCR-Anlage ausgestattet.

New emissions stages came into force in 2011 for construction machinery (USA), and in 2012 for rail vehicles.  To get under the bar safely, MTU brought the first engines with two-stage turbocharging and controlled exhaust gas recirculation onto the market. The Series 4000 rail engine also featured a diesel particulate filter for the first time.?
Neue Emissionsstufen traten im Jahr 2011 sowohl für
Baumaschinen (USA) und 2012 auch für Schienenfahrzeuge in Kraft.
Um die Latte nicht zu reißen, brachte MTU erste Motoren mit
einer zweistufigen Turboaufladung und geregelter Abgasrückführung
auf den Markt. Beim Bahnmotor der Baureihe 4000 wird
erstmals auch ein Dieselpartikelfilter eingesetzt.

Erschwerend kommt zu den niedrigen Grenzwerten hinzu, dass es weltweit keine einheitlichen Emissionsgrenzwerte gibt, sondern einen Flickenteppich. Je nach Motoranwendung und Einsatzland liegt die Emissions-Latte anders: Mal darf der Motor besonders wenig Stickoxide ausstoßen, mal liegt der Schwerpunkt darauf, die Dieselpartikel oder gar beides zu reduzieren. In einigen Ländern gibt es zudem noch lokale Vorschriften. „Für all diese Anforderungen haben wir verschiedene Technologien entwickelt, um die Grenzwerte zu unterschreiten“, erinnert sich Hehle. Seine Kollegen aus der Serienentwicklung sind daher in der Lage, die Motoren und Abgasnachbehandlungssysteme optimal an die Bedürfnisse der Kunden anzupassen.

?
Baumaschinen und Industrieanwendungen mit weniger als
560 Kilowatt Leistung dürfen seit dem Jahr 2014 nur noch 0,4 Gramm
Stickoxide und 0,02 Gramm Rußpartikel pro Kilowattstunde ausstoßen.
MTU setzt eine SCR-Anlage ein, um diese Latte nicht zu reißen.

Partikel zählen statt wiegen

Dies auch in Zukunft zu schaffen, ist natürlich das Ziel der MTU-Entwickler. Sie warten daher gespannt auf die neuen Vorgaben der Umweltbehörden in Europa und den USA. Die Europäische Kommission diskutiert gerade die neue Emissionsstufe V, mit der beispielsweise der Schadstoffausstoß von Binnenschiffen, Triebwagen oder Baumaschinen gesenkt werden soll. Bei einigen Anwendungen kommt dann ein neuer, in der Welt der Off-Highway-Fahrzeuge noch unbekannter Wert hinzu. Die Rußpartikel müssen nicht mehr wie bisher nur ein bestimmtes Gewichtslimit einhalten, sie dürfen auch eine bestimmte Anzahl nicht überschreiten. „Wir wissen noch keine konkreten Emissionsziele“, erläutert Hehle. „Doch wir gehen bei einigen Anwendungen davon aus, dass wir einen Dieselpartikelfilter einsetzen müssen, um die Latte nicht zu reißen“, sagt er. Diesen möglichst kompakt, kostengünstig und kraftstoffeffizient zu entwickeln, ist die nächste Herausforderung, die der Emissionslimbo den Entwicklern beschert.

Und so verrenken sie sich weiter, feilen an Technologien und Motorabstimmungen, um auch die nächste Emissions-Latte erfolgreich zu unterschreiten.
 

Unknown Object

Der Inhalt der Beiträge entspricht dem Stand zum jeweiligen Erscheinungsdatum. Sie werden nicht aktualisiert. Weitergehende Entwicklungen sind deshalb nicht berücksichtigt.

Ihr Kommentar

Kommentar*:
Name*:


E-Mail*:


Website:





Kontakt

Newsletter